宇宙(zhòu)是“人为制造(zào)”的？为何会存(cún)在科(kē)学(xué)无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物质”？暗(àn)物质又究竟是什么？人类(lèi)为了寻找暗物尽其才人尽其用是什么意思，人尽其用打一生肖物(wù)质存在(zài)的证据(jù)，科学家们在过去的几十(shí)年(nián)当中进(jìn)行(xíng)了超过50次(cì)的长期实验，但是却(què)没有发(fā)现任何(hé)的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出(chū)版的自(zì)然哲学(xué)数(shù)学原理一书(shū)中，埃(āi)萨克(kè)牛顿发表(biǎo)了万(wàn)有引力(lì)定(dìng)律，它(tā)揭示了宇宙中天体运(yùn)动的规(guī)律(lǜ)。往后的几(jǐ)百年来，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些天体运行轨道(dào)出现异常，不符合万(wàn)有(yǒu)引力定律的时候(hòu)，他们(men)就会知道，周围(wéi)一定有未知的天体(tǐ)通过引力在摄动(dòng)它的轨道。比如在1846年，奥本勒维(wéi)耶就通过天王(wáng)星运行(xíng)轨道的异常，推算(suàn)并且发现了海王(wáng)星(xīng)的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星、冥王星的(de)发现都是应用万有引力定律所取得重大天文(wén)成就的例子。但是这些发现(xiàn)都是在恒星系统的(de)尺度(dù)当中，可当(dāng)我们上(shàng)升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就开始变得诡异了。

1933年(nián)，瑞(ruì)士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正(zhèng)在研(yán)究和测量后发星系(xì)团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数千个星系所(suǒ)组成的巨大星系团，这(zhè)些星系被引力(lì)束缚在一起。测(cè)量(liàng)星系团的(de)质量一般会使用到两种方(fāng)法，当两种方法结果一(yī)致，就可以确定其质(zhì)量的范围。

第一(yī)种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是(shì)测(cè)量各个星系的光(guāng)度。

第(dì)二(èr)种是(shì)动力学质(zhì)量的(de)计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这(zhè)意味着，后发座星系团有99%的质量消失了，或者说这99%的质量(liàng)并(bìng)不以可(kě)见(jiàn)光的形(xíng)式所存在，我们无(wú)法看到(dào)。最诡异的(de)是，在测量速(sù)度的过(guò)程(chéng)中，兹威基发现星系团中很多(duō)星系的速度(dù)比理论上要快得(dé)多，按照(zhào)牛顿的运动学定(dìng)律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所(suǒ)产生的引力是无法将它(tā)们束缚(fù)在星系(xì)团内的，它们(men)早(zǎo)就应该被抛出星(xīng)系(xì)团之外(wài)了，除非有一种神秘(mì)的(de)力量在起作用，这种力量(liàng)来源于某种隐(yǐn)形的(de)物质。

据此，兹维基(jī)提出了这样部分不可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝大部分(fēn)的质量。只是当时的人们对(duì)这(zhè)样的一种(zhǒng)说法(fǎ)不屑(xiè)一(yī)顾(gù)。

直到(dào)40年之后，“暗物质(zhì)”这(zhè)个(gè)词才再一次出现。天文学家维(wéi)拉鲁宾和肯特福(fú)特在观测仙女座(zuò)星系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距(jù)离中(zhōng)心越远的恒星在其轨(guǐ)道(dào)上的运行速(sù)度就会越慢。但是他(tā)们观测的(de)结果却(què)让人感(gǎn)到不可思(sī)议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增(zēng)加，恒星的(de)旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不(bù)变。可是(shì)根据牛顿的万有引(yǐn)力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足(zú)够大(dà)的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基(jī)于这种现象，科学家们会使(shǐ)用一种相对标准的方(fāng)法来解释暗物质的存在(zài)，这种方法就是测量星系当中气体在X轴上距离星(xīng)系中心(xīn)的(de)距离，以及在Y轴上气体的旋转速(sù)度。如果(guǒ)出现异常的结(jié)果，就认为是由暗物质的(de)力量进入其中。

于(yú)是科(kē)学家们通过(guò)射电望(wàng)远镜测量了距离星(xīng)系中心更远距离的(de)氢元素，发现它们的旋转速(sù)度并不(bù)符合牛顿的力(lì)学(xué)定律(lǜ)。我们的太阳系也不(bù)例外，太阳系位于银河系的第(dì)三(sān)悬臂之上，距离银河系中心(xīn)2.6万光(guāng)年，根据(jù)万有引力定律进行计算，太阳系的运行速度(dù)应(yīng)该(gāi)是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在以220千米/秒的(de)速度围绕(rào)银河(hé)系旋转，这个实际速度远远大于理论(lùn)速度，那么(me)产生(shēng)以上这种向心加速度的原(yuán)因很可能就(jiù)是存在着一种我(wǒ)们看不(bù)到(dào)的物(wù)质(zhì)，是这些暗物质的(de)引力效(xiào)应将星系聚(jù)集(jí)在了一(yī)起。

也是从这时(shí)开始，越来越多的研究人员开始相信暗物质的存在。科(kē)学家根据星系外恒(héng)星轨道的(de)速度，估(gū)算在星系当中暗物质的质量(liàng)占整个星系质量的(de)85%。但是，暗(àn)物(wù)质(zhì)并不是(shì)唯一可以解释这个现象的(de)原(yuán)因。在一(yī)项新的研究当中，科学家们发现，几乎没有引力效应的(de)遥远恒(héng)星之(zhī)间(jiān)，也会出现速度上的微小差异。另外，天文学家还(hái)发现了一个反(fǎn)常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个(gè)星(xīng)系(xì)距(jù)离地球大约2.5亿光年，大小和银河系不多，但是星系当中(zhōng)存在的恒星数(shù)量却只有银河系的千(qiān)分之一。

所以(yǐ)在(zài)理论上，该星(xīng)系必(bì)须存在暗物(wù)质，否则(zé)就(jiù)会分崩(bēng)离(lí)析。但是(shì)科学家(jiā)们(men)使用最(zuì)先进的望(wàng)远镜对其进(jìn)行了40个小时的(de)详细测量(liàng)之(zhī)后，发现星(xīng)系中的恒星运动(dòng)是可以用正(zhèng)常的物质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那(nà)么又有人提出，也许该(gāi)星系的暗物(wù)质，已经被附近的另一个(gè)大(dà)星系剥离(lí)了。奇怪的是(shì)，它的附(fù)近没有任何星系存(cún)在。造成这些现象的除了(le)暗物质的假(jiǎ)说之外，另一种可能(néng)就是人类对引力的理解(jiě)还不够全面，引力很可能在不同尺度空(kōng)间中的工(gōng)作方式是不(bù)同(tóng)的，这意味着在行(xíng)星(xīng)系尺度中的天体(tǐ)会沿着它们(men)的(de)轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动(dòng)。但是上升到星(xīng)系和星团的(de)尺度，引力之间(jiān)的相互作(zuò)用(yòng)则是不同(tóng)的方式(shì)。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之间的相互(hù)作(zuò)用，科学家还引(yǐn)入了外(wài)部场(chǎng)效(xiào)应的概念(niàn)，指(zhǐ)的是在数百万光年的规模上，巨大的质量之间会产生对彼此特殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意(yì)味着我们需(xū)要对现在的(de)物理定律进行修正(zhèng)，这(zhè)些发现也让很多人认为(wèi)暗物质假说理论(lùn)就此终结。但是在宇宙当中(zhōng)还有关于暗物质存在的其他的理论证据，这些理论证据(jù)是蒙德理论所(suǒ)没法解释(shì)的(de)“引力透(tòu)镜”。

径向距离为37亿(yì)光年的子弹(dàn)星系团，由两个(gè)碰撞的星系团所组成，类似这样的星(xīng)团，它(tā)们大部(bù)分的普(pǔ)通质量(liàng)都(dōu)在(zài)星(xīng)系的气体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时(shí)发生碰撞的(de)时候，星(xīng)际气体的相互作用就会导(dǎo)致温度的急剧升高(gāo)，速(sù)度(dù)大幅降低(dī)。所(suǒ)以在理论上(shàng)，在碰撞之后，子弹星系团大部分的(de)质量将位于所(suǒ)有(yǒu)这(zhè)些气体所(suǒ)在(zài)的中间区域。那(nà)么我们通过什(shén)么来验证它(tā)的质量区域到底是不是集中(zhōng)在中间呢(ne)？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太(tài)空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当(dāng)中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片(piàn)，在(zài)照片中我们可以明显地看到很多星系似(shì)乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变。其实这些(xiē)星系本身并不是(shì)真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯望远镜出了什么问题，而(ér)是(shì)这样极遥远的天(tiān)体和我们地球上的(de)观测者之间。被一个质(zhì)量超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身(shēn)后更(gèng)遥远星系的光都发生了(le)扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个巨大的(de)天体(tǐ)可能(néng)是超大质(zhì)量(liàng)的黑洞(dòng)或者(zhě)是暗物质。

所以当人们对子弹星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域并(bìng)不是在(zài)中间，而是在两侧。所(suǒ)以最好(hǎo)的解释方法就是当星团(tuán)发生(shēng)全部的碰撞时，可(kě)被观测(cè)到的(de)质量气体被(bèi)卡在了中间，暗物质则直(zhí)接通过了这个区(qū)域(yù)，并(bìng)在两边形成了引力透(tòu)镜。对子弹星系团的引力透镜研究也(yě)被认为是暗(àn)物(wù)质存在的(de)迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有(yǒu)来自(zì)宇宙当中最古老的(de)光。从宇宙大爆炸开始(shǐ)，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙当中了(le)。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇宙空间背(bèi)景上留下了各相同性的(de)微波辐(fú)射。其中红色的部分表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示相(xiāng)对较冷的区域(yù)，但实际上(shàng)它们之间的温差只有(yǒu)万分之一。

科学家(jiā)们(men)通过对前景背(bèi)景分(fēn)离后的二值(zhí)图(tú)像进(jìn)行连(lián)通(tōng)域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图形(xíng)看起(qǐ)来不(bù)应该(gāi)是(shì)这样的，而随着暗物质(zhì)的(de)增加，一些峰值的(de)幅(fú)度会减(jiǎn)小，才变得看起(qǐ)来“和谐(xié)”。为了(le)匹配宇宙(zhòu)微波背景(jǐng)辐射的(de)测(cè)量值，我们需要的暗物质大约是普通(tōng)物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系(xì)当中(zhōng)恒星运动所需要(yào)的(de)暗物质(zhì)比(bǐ)例是一致的。这就意(yì)味(wèi)着。

用了一个简单的理论框架，就很好地解(jiě)释了很多不同的观测(cè)结果。而暗物(wù)质的本(běn)质就(jiù)是宇宙当中存(cún)在着某种类型的粒子，它们不参与(yǔ)任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如(rú)果能够找到(dào)这种粒子的存在，就相当于找到了暗物质存在的实际(jì)证据。这种粒(lì)子到(dào)底是什么？科(kē)学家们已(yǐ)经提出了数十种(zhǒng)的(de)假想目(mù)标，而要寻找这(zhè)些不同(tóng)的目标粒子所需要的实验方式(shì)也(yě)不相(xiāng)同(tóng)。在过去的几十年当中，人类为了寻找这(zhè)些看不见、摸不(bù)到，几乎不会与常(cháng)规(guī)物(wù)质相互作用(yòng)的“暗物质(zhì)”，科学家们已经(jīng)进行(xíng)了超过50次(cì)的(de)实(shí)验，却没有任(rèn)何(hé)实质性的发现，除了(le)一(yī)个(gè)地方，意大(dà)利(lì)的(de)格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿(ā)尔卑(bēi)斯山脉。

在山下1400米处(chù)的地下矿(kuàng)井当中，藏(cáng)着地球上最大的地学(xué)实验室，这个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有(yǒu)一个三(sān)层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年(nián)以来，这里的科学家声称(chēng)观测到了某(mǒu)种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的数据(jù)收集，人(rén)们发现了一(yī)个(gè)有趣的事情。探测(cè)率会在每年的6月份达到(dào)峰(fēng)值，然后在11月降到最低，而且在20年(nián)当中每年(nián)都是一样。一(yī)些科学家认为这可能是人类发现(xiàn)暗物质的第(dì)一(yī)个直(zhí)接证(zhèng)据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产生周期性的(de)年度信(xìn)号(hào)呢？刚才我们(men)讲了太阳系正在以(yǐ)220公里/秒(miǎo)的(de)速(sù)度围绕着银河(hé)系进行移动，那么(me)如果暗(àn)物(wù)质(zhì)存(cún)在宇宙当中，这意味着我们也在以物尽其才人尽其用是什么意思，人尽其用打一生肖这(zhè)样的速度在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产(chǎn)生相应的(de)振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕(rào)太阳进行旋转(zhuǎn)。所以有半年(nián)的(de)时间，地(dì)球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的方向(xiàng)是(shì)一致的(de)，而另外半年则(zé)与之相反。

而(ér)在6月份的时候，地球与太阳的(de)方向正好达到(dào)完全一致，这(zhè)是(shì)理(lǐ)论上(shàng)地球穿(chuān)越暗物质流最(zuì)快的时段(duàn)。而在11月份，又恰(qià)好达到(dào)了最慢值。尽管在实际(jì)的(de)情况中，太(tài)阳系相对银河系的平面呈现了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并(bìng)不影响这个理论的(de)有效性。

因此科(kē)学(xué)家认(rèn)为(wèi)这可以用来解释，研究人员们所观测到(dào)的周(zhōu)期性信号。当然也可能有其(qí)他的情况，造成(chéng)这种(zhǒng)年(nián)度(dù)周期信(xìn)号的差异(yì)也可(kě)能是温度(dù)、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山上的(de)积雪(xuě)，甚至连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符合这个周期的规律。

所以，科学(xué)家们(men)又在(zài)南半球建(jiàn)立了一个几乎(hū)相(xiāng)同的实验室，这里的季节与之前的实验室正好(hǎo)相反，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的(de)运动特征和第(dì)一个(gè)实验室是一样的。

因此，如果(guǒ)在(zài)这里(lǐ)可以得到(dào)相(xiāng)同的信号(hào)，就可以成为(wèi)暗(àn)物质(zhì)所存(cún)在(zài)的非常有力的证据了。但是由于这个实(shí)验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截(jié)至目前还无(wú)法提(tí)供相应(yīng)的数据支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会(huì)发射一台新(xīn)的望远镜，这台太空望远镜叫做(zuò)“南(nán)希格雷斯罗(luó)曼(màn)”，它的主镜大小(xiǎo)跟哈勃望远镜(jìng)相同，但它(tā)的宽(kuān)视场仪器提供的(de)视野是哈(hā)勃(bó)红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键的用途就是探索暗物(wù)质(zhì)背后(hòu)的(de)奥秘，对于(yú)探测的结果，我们只能拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物质存在，它(tā)们(men)极有可能拥(yōng)有(yǒu)另一(yī)种神秘(mì)的效应，这(zhè)种暗物质效应，会支持宇(yǔ)宙(zhòu)当中生命的诞生，或者(zhě)说是生(shēng)命进(jìn)化的一个重(zhòng)要因素。

如果这(zhè)一理论得(dé)到进(jìn)一步的证实(shí)，那么遍(biàn)布宇宙当中的暗物(wù)质(zhì)会不会意味(wèi)着人类并不孤单呢？或许在宇宙当中某个角落的行(xíng)星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的(de)效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推论的大前提是(shì)要先找到暗(àn)物(wù)质存在的实际证据。那么小伙伴们，你们觉得(dé)暗(àn)物(wù)质到(dào)底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你(nǐ)的支持是我更新的(de)动力(lì)！

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